Litiumionbatteri negativ elektrodestrømsamler

På grunn av det faktum at de fire hovedkomponentene som utgjør litium-ionbatterier er positivt elektrodemateriale, negativt elektrodemateriale, separatorfilm og elektrolytt. Men i tillegg til de fire hovedkomponentene er strømsamleren som brukes til å lagre positive og negative elektrodematerialer også en viktig del av litiumbatterier.

For litium-ion-batterier er den vanlige positive strømsamleren aluminiumsfolie, og den negative strømsamleren er kobberfolie. For å sikre stabiliteten til strømkollektoren inne i batteriet, kreves det at renheten til begge er over 98 %. Med den kontinuerlige utviklingen av litiumbatteriteknologi, enten det er litiumbatterier brukt i digitale produkter eller elektriske kjøretøybatterier, håper vi at energitettheten til batterier er så høy som mulig, og vekten på batteriene blir lettere og lettere. Når det gjelder strømkollektorer, er det viktigste å redusere tykkelsen og vekten på strømkollektorene, og intuitivt redusere volum og vekt på batterier.

Den negative elektrodestrømsamleren er et ledende substrat som støtter det anodeaktive materialet (f.eks. grafitt, silisium) i litium-ionbatterier (LIB). Dens primære roller inkluderer:

• Elektronledning: Gir lav-motstandsveier for elektroner under ladning/utladning.
• Mekanisk støtte: Opprettholder strukturell integritet til tross for endringer i anodevolum (f.eks. ekspanderer silisium ~300%).
• Grensesnittstabilitet: Minimerer bivirkninger med elektrolytter.

Ettersom litiumbatterier har utviklet seg raskt de siste årene, har nåværende samlere også sett rask fremgang. Positiv elektrode aluminiumsfolie har blitt tynnere over tid: fra 16 μm tidligere til 14 μm, deretter ned til 12 μm. I dag produserer og bruker mange batteriprodusenter allerede 10 μm aluminiumsfolie, og noen bruker til og med 8 μm.

For den negative elektroden er kobberfolie mer fleksibel, så tykkelsen har falt fra 12 μm til 10 μm, og deretter til 8 μm. For tiden bruker mange batteriprodusenter 6 μm folie til masseproduksjon. Noen selskaper utvikler også 5 μm eller til og med 4 μm folie, som kan brukes i fremtiden.

Fordi kobber- og aluminiumsfolien som brukes i litiumbatterier må være veldig ren, er tettheten til materialet i utgangspunktet den samme. Når tykkelsen avtar, synker også overflatetettheten (vekt per arealenhet). Som et resultat blir den totale vekten til batteriet mindre og mindre. Dette dekker våre behov for lettere og bedre litiumbatterier.

For strømkollektorer har overflateegenskaper i tillegg til tykkelse og vekt også en betydelig innvirkning på produksjonen og ytelsen til litiumbatterier. Dette gjelder spesielt for den negative elektrodestrømsamleren. På grunn av begrensninger i produksjonsprosesser, er kobberfolier som for tiden er tilgjengelige på markedet hovedsakelig av tre typer: enkelt-ruet, dobbelt-sidet ru og dobbelt-glatt. Denne asymmetriske to-strukturen fører til ujevn kontaktmotstand mellom de negative elektrodebeleggene på de to sidene. Som et resultat frigjøres den negative elektrodekapasiteten ujevnt.

Samtidig forårsaker asymmetrien mellom de to sidene også inkonsekvent bindestyrke til det negative elektrodebelegget. Dette skaper en alvorlig ubalanse i lade- og utladingssyklusens levetid for beleggene på hver side, som igjen akselererer nedgangen i batterikapasiteten.

Verdens første elektrokjemiske termiske korrosjonsmetode ble brukt for å fremstille mikroporøs kobberfolie. Denne mikroporøse kobberfolien har 4000–15.000 gjennomgående-hull per kvadratcentimeter, hver med en diameter på 2–25 μm, sammen med 10–10.000 blinde hull med diametre fra 10–50 μm. I tillegg er de øvre og nedre overflatene av folien jevnt dekket med etsemerker som er 1–3 μm dype, 1–5 μm brede og titalls mikrometer lange. Disse egenskapene løser perfekt adhesjonsproblemet mellom den negative elektrodeslurryen og kobberfolien.

Den spesifikke størrelsen på porene og etsemerkene resulterer i en høyere overflateruhet for den mikroporøse kobberfolien, fri for grader eller taggete kanter. I tillegg danner overgangen mellom porene og folieoverflaten en uregelmessig bue i stedet for en 90 graders rett vinkel, noe som effektivt forhindrer dannelsen av litiumdendritter under lade-utladingssykluser og forlenger batteriets levetid.

Videre viser den mikroporøse strukturen unike morfologiske egenskaper. Porene som produseres via elektrokjemisk korrosjon er uregelmessig formet, med porestørrelser som varierer innenfor et visst område. Diameteren til hver pore er også forskjellig langs forskjellige akser. Denne uregelmessige poregeometrien forbedrer bindingsstyrken mellom kobberfolien og den negative elektrodeslurryen ytterligere.

1. Kobberfolie (dominerende valg)

Fordeler:

Høyeste ledningsevne (5,96×10⁷ S/m) for effektiv ladningsoverføring.

Duktilitet: Tåler elektrodeutvidelse uten å sprekke.

Elektrokjemisk stabilitet ved lave potensialer (0–1 V vs. Li⁺/Li).

Utfordringer:

Tung (~8,96 g/cm³ tetthet) begrenser økningen i energitettheten.

Utsatt for korrosjon i fuktige omgivelser.

2. Karbon-belagt kobberfolie (fremvoksende)

Forbedrede egenskaper:

Redusert grensesnittmotstand (med 20–30 %) via karbonlag.

Forbedret vedheft for silisium/grafitt kompositter.

Applications: High-energy-density batteries (e.g., EVs, >350 Wh/kg).

3. Alternative materialer (FoU-stadiet)

• Tre-dimensjonal struktursamler: Forskere har utviklet 3D-nettverksstrukturer som kobber nanotråder og skumkobber. Disse strukturene kan forhindre litiumdendritter i å vokse, noe som forbedrer batterisikkerhet og levetid. De er spesielt egnet for litiummetallanoder.
• Kompositt kobberfolie: Denne typen bruker polymermaterialer for å erstatte en del av metalllaget. Hvis batteriet er punktert, vil det ikke produsere grader. Polymeren kan også fungere som en effektbryter for å stoppe termisk løping.
• Tilpasning til silisium-basert negativ elektrode: Nye porøse strømsamlere kan redusere volumutvidelsesproblemet til silisium-baserte materialer under lading og utlading. Dette bidrar til å øke batteriets energitetthet.

Ta kontakt nå

• Forbedrer adhesjonen mellom anodematerialet og kobberfolien.
• Har minimal innvirkning på batterigassgenerering.
• Strekkstyrken til den mikroporøse kobberfolien forblir sammenlignbar med den til den originale kobberfolien.
• Resistiviteten til den mikroporøse kobberfolien øker med mindre enn 8%.
• Forbedrer litt kapasiteten til litium-ion-batterier.
• Forbedrer konsistensen av batteriytelsen betydelig og øker produksjonsutbyttet.
• Tilrettelegger for høy-lading og utlading.
• Reduserer andelen kobberfolie i den totale batterimassen.
• Forbedrer fuktbarheten til slurryen og elektrolytten på kobberfolien.
• Reduserer kontaktmotstanden mellom katodematerialet og aluminiumsfolien.
• Forlenger batteriets levetid.

Tradisjonell elektroavsatt kobberfolie (ED-Cu) gjennomgår en dyp teknologisk utvikling:

Ultra-tynner

• Trend: Fra tidlige 12 μm og 10 μm folier har mainstream skiftet til 6–8 μm. Høy-produkter bruker nå 4,5 μm, og utviklingen går mot 3 μm, 2 μm og enda tynnere folier.
• Driver: Tynnere folie reduserer vekten og frigjør plass, og øker direkte batteriets energitetthet (spesielt gravimetrisk energitetthet).
• Utfordring: Stiller ekstreme krav til foliens strekkfasthet, forlengelse, overflateruhetskontroll og produksjonsutbytte.

Høy ytelse

• Høy-strekk-kobberfolie: Oppfyller styrkekravene til elektrodeark for stablingsprosesser og høy-energi-batterier.
• Kobberfolie med lav-profil (LP) og veldig-lav-profil (VLP): Glattere overflater forbedrer kontakten med det aktive materialet, øker jevnheten til litium-ionavsetning og forbedrer rask-ladeytelse og sykluslevetid.
• Kompositt kobberfolie (eller "Sandwich" kobberfolie, PET kobberfolie)
• Struktur: Et polymerstøttelag (PET/PP/PI, ~4–6 μm tykt) belagt på begge sider med et ultra-tynt metallkobberlag (~1 μm).

Den rullede kobberfolien med mykt temperament brukes som leder i klær for kreftbehandlingsforskning fra vår Indonesia-kunde.

Våre ED-beskyttende kobberfolier med høy forlengelse og høy strekkstyrke kan brukes på mange områder. Vi kan tilby enkelt-matt, dobbel-matt og dobbelt-skinnende ED-kobber for Li-ion-batteriet. Og vi kan også tilby 2oz til 6oz (nominell tykkelse 70um til 210um) Skjermet ED kobberfolier brukt til skjerming av elektriske produkter, spesielt som transformator, kabel, mobiltelefon, datamaskin, mekanisk behandling, romfart og industriapplikasjoner. Dessuten HTE (høy temperaturforlengelse) fra 1/2 oz til 2 oz tykkelse kobberfolie og VLP-HTE-HF( veldig-lav-profil, høy temperaturforlengelse og tunge ED kobberfolier, brukt i PCB, der maks dimensjonen er 2495 mm for kunden x. bilder for de beskyttende kobberfoliene som brukes i MR-rom

Utviklingen av avanserte anodestrømsamlere, som mikroporøs kobberfolie, har betydelig forbedret ytelsen og påliteligheten til litium-ion-batterier. Viktige fordeler inkluderer:

• Forbedret adhesjon – Den mikroporøse strukturen øker bindingsstyrken mellom anodematerialet (f.eks. grafitt eller silisium) og kobberfolien, og forhindrer delaminering under sykling.
• Undertrykte litiumdendritter – Den uregelmessige poregeometrien og den etsede overflaten eliminerer skarpe kanter, reduserer dendrittdannelse og forbedrer sikkerheten.
• Forbedret elektrolyttfukting – Den porøse strukturen letter bedre elektrolyttpenetrering, og sikrer jevn ionetransport og reaksjonskinetikk.
• Høy-hastighetskapasitet – Den optimaliserte konduktiviteten og grensesnittegenskapene muliggjør raskere lading og utlading uten betydelig motstandsoppbygging.
• Mekanisk stabilitet - Strekkstyrken forblir sammenlignbar med konvensjonell folie, og sikrer strukturell integritet under stress.
• Forlenget levetid – Redusert dendrittvekst og forbedret grensesnittstabilitet bidrar til lengre batterilevetid.
• Lettvektsfordel – Det reduserte kobberinnholdet reduserer den totale batterivekten samtidig som ytelsen opprettholdes.

Disse innovasjonene løser kritiske utfordringer innen høy-energi-tetthetsbatterier, noe som gjør mikroporøse strømsamlere til en lovende løsning for neste-generasjons litium-ion-batterier, spesielt for elektriske kjøretøy og høy-applikasjoner.

Q1: Hva er den negative elektrodestrømsamleren i et litium-ionbatteri?

A: Det er metallfolien (nesten alltid kobber) som samler elektroner fra det anodeaktive materialet og sender dem til den eksterne kretsen. Det gir også fysisk støtte for anodebelegget.

Q2: Hvorfor brukes kobber til den negative elektroden i stedet for aluminium?

A: Fordi den negative elektroden opererer med en veldig lav spenning (omtrent 0,1V vs. Li/Li⁺). Kobber er stabilt ved denne spenningen. Aluminium vil reagere med litium for å danne en sprø legering (LiAl), noe som får folien til å bryte fra hverandre.

Q3: Hvor tykk er kobberfolien for den negative elektroden?

A: Hovedstrømtykkelsen er 6 μm (mikrometer). Til sammenligning er et menneskehår omtrent 70 μm tykt. Noen avanserte batterier bruker 4,5 μm eller til og med 3 μm folie.

Q4: Hvordan lages negativ elektrode kobberfolie?

A: Det meste er laget avelektroavsetning. Kobber er belagt fra en kobbersulfatløsning på en roterende titantrommel. Folien skrelles deretter av, behandles og kuttes i bredden. Denne metoden kalles elektrolytisk kobberfolie (ED-folie) og utgjør over 90 % av markedet.

Q5: Hva er forskjellen mellom den skinnende siden og den matte siden?

A: Under produksjonen berører den ene siden av folien titantrommelen – den siden blir glatt (skinnende side). Den andre siden vokser fritt og blir ru (matt side). Den grove siden er med vilje laget for å ha en viss ruhet slik at anodeslurryen fester seg godt.

Q6: Hva er "kompositt kobberfolie"?

A: Det er en ny type hvor en tynn plastkjerne (som PET eller PP) er klemt mellom to veldig tynne kobberlag (ca. 1 μm hver). Det er lettere og sikrere – hvis batteriet punkteres, smelter plasten og bryter kretsen, og forhindrer termisk løping. Imidlertid utvikles den fortsatt for masseproduksjon.

Spørsmål 7: Trenger solid-batterier fortsatt en strømsamler for negativ elektrode i kobber?

A: De fleste solid-batteridesignene bruker fortsatt en kobberstrømsamler for den negative elektroden. Imidlertid kan kobberoverflaten trenge et spesielt belegg (som nikkel) for å fungere godt med den faste elektrolytten.

Q8: Hva er den fremtidige trenden for strømsamlere for negative elektrode?

A: Se trenden for negative elektrodestrømsamlere som nedenfor:

• Tynnere folier: Beveger seg fra 6 μm til 4,5 μm og til og med 3 μm
• Kompositt kobberfolier: Lettere og tryggere, forventes å vokse raskt
• Tredimensjonale strukturer: Kobberskum eller nanotrådnettverk for å arbeide med litiummetallanoder og undertrykke dendritter

Populære tags: lithium ion batteri negativ elektrode strømsamler, Kina litium ion batteri negativ elektrode strøm samler produsenter